经过上百万年的进化,甲虫发展出了与其生活环境相适应的具有特殊构造和功能的鞘翅。为研究鞘翅的微观结构,本文以东方龙虱的鞘翅为主要研究对象,对鞘翅的不同方向的断面微结构进行了观测和分析,根据鞘翅减重结构的特点,同时结合其他相关研究,对鞘翅结构进行了合理的简化,设计了具有层状纤维缠绕的仿生轻质结构。利用有限元分析软件ANSYS Workbench,分别建立了具有单层竖直纤维缠绕和无纤维缠绕结构的有限元模型,对其进行力学性能分析,计算得到这两种结构的压缩、拉伸以及剪切的力-位移曲线和比强度值,并对这两种结构的力学性能进行了对比分析,结果表明具有单层竖直纤维铺放模式的轻质结构模型其各项力学性能均大大优越于无纤维对比模型;进一步制备了以碳纤维环氧树脂为材料的轻质结构试样,对其进行准静态压缩实验,得到其载荷力-位移曲线,并与压缩性能有限元分析结果对比,实验结果表明有限元分析的有效性和可靠性。在此基础上,分析、比较了两种不同纤维缠绕方式下的结构单元力学性能,并进一步探讨了纤维缠绕角度对结构力学性能的影响。利用有限元分析软件ANSYS对所设计的仿生轻质结构进行了热学性能有限元分析,同时与实体模型进行对比。由热分析结果可知,所设计的仿生轻质结构具有良好的隔热性能。